轮廓、型腔的铣削加工

1、课题一 轮廓的铣削加工模块一 不带半径补偿的轮廓加工一、编程实例编写如图4-1所示零件加工程序，毛坯尺寸120×800×20，工件材料45号钢。图4-1 不带半径补偿的轮廓加工二、相关知识点（一）工艺部分1.夹具及刀具选用本例夹具可选规格136mm的机用平口虎钳。加工外轮廓刀具可选用16mm的立铣刀；为提高内壁加工质量，不直接用12的键槽铣刀，而是采用10mm的键槽铣刀加工腰圆型槽。刀具切削参数如表4-1所示。表41 刀具与切削用量 参数刀号型号刀具材料刀具补偿号刀具转速进给速度116立铣刀高速钢1600100210键铣刀高速钢2800302.轮廓铣削加工路线确定（1）加工

2、路线的确定原则在数控加工中，刀具刀位点相对于零件运动的轨迹称为加工路线。加工路线的确定与工件的加工精度和表面粗糙度直接相关,其确定原则如下：加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。使数值计算简便，以减少编程工作量。应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。加工路线还应根据工件的加工余量和机床、刀具的刚度等具体情况确定。（2）切入、切出方法选择采用立铣刀铣削外轮廓侧面时，铣刀在切入和切出零件时，应沿与零件轮廓曲线相切的切线或切弧上切向切入、切向切出（图4-2中A-B-C-B-D）零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生刀痕，保证零件轮廓光滑。铣削内轮廓

3、侧面时，一般较难从轮廓曲线的切线方向切入、切出，这样应在区域相对较大的地方，用切弧切向切入和切向切出（图4-3中A-B-C-B-D）的方法进行。图4-2 外轮廓切线（弧）切入切出 图4-3 内轮廓切弧切入切出（3）凹槽切削方法选择加工凹槽切削方法有三种，即行切法（图4-4a）、环切法（图4-4b）和先行切最后环切法（图4-4c）。三种方案中，a图方案最差（左、右侧面留有残料）；c图方案最好。a) b) c)图4-4 凹槽切削方法在轮廓加工过程中，工件、刀具、夹具、机床系统等处在弹性变形平衡的状态下，在进给停顿时，切削力减小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件表面留下刀痕，因此在轮廓

4、加工中应避免进给停顿。3.数控编程介绍（1）编程的定义为了使数控机床能根据零件加工的要求进行动作，必须将这些要求以机床数控系统能识别的指令形式告知数控系统，这种数控系统可以识别的指令称为程序，制作程序的过程称为数控编程。数控编程的过程不仅仅单一指编写数控加工指令的过程，它还包括从零件分析到编写加工指令再到制成控制介质以及程序校核的全过程。在编程前首先要进行零件的加工工艺分析，确定加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（切削速度、进给量、背吃刀量）以及各项辅助功能（换刀、主轴正反转、切削液开关等）；接着根据数控机床规定的指令及程序格式编写加工程序单；再把这一程序单中的内容记录在

5、控制介质上（如软磁盘、移动存储器、硬盘），检查正确无误后采用手工输入方式或计算机传输方式输入数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。（2）数控编程的步骤编程步骤如图4-5所示，主要有以下几个方面的内容：图4-5 数控编程的步骤分析零件图样 零件轮廓分析，零件尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、技术要求的分析，零件材料、热处理等要求的分析。确定加工工艺 选择加工方案，确定加工路线，选择定位与夹紧方式，选择刀具，选择各项切削参数，选择对刀点、换刀点。数值计算 选择编程原点，对零件图形各基点进行正确的数学计算，为编写程序单作好准备。编写程序单 根据数控机床规定的指令及程序格式编写加工程序单。制作控制

6、介质 简单的数控程序直接采用手工输入机床；当程序需自动输入机床时，必须制作控制介质。现在大多数程序采用软盘、移动存储器（FC卡）、硬盘作为存储介质，采用计算机传输或直接在CF卡槽内插卡把程序输入到数控机床。目前老式的穿孔纸带已基本停止使用了。程序校验 程序必须经过校验正确后才能使用。一般采用机床空运行的方式进行校验，有图形显示功能的数控机床可直接在CRT显示屏上进行校验。程序校验只能对数控程序、动作的校验，如果要校验加工精度，则要进行首件试切校验。（3）数控程序的结构与组成每一种数控系统，根据系统本身的特点与编程的需要，都有一定的程序格式。对于不同的数控系统，其程序格式也不尽相同。因此，编程人

7、员在按数控程序的常规格式进行编程的同时，还必须严格按照系统说明书的格式进行编程。1）程序的组成一个完整的程序由程序名、程序内容和程序结束三部分组成，如下所示：O0001；程序名N10 G90 G94 G17 G40 G80 G54；程序内容N20 G91 G28 Z0；N30 M06 T01；N40 G90 G00 X0 Y30.0；N50 M03 S800；_N200 G91 G28 Z0；N210 M30；程序结束程序名每一个存储在数控系统存储器中的程序都需要指定一个代号来加以区别，这种用于区别零件加工程序的代号称为程序名。程序名是加工程序的识别标记，因此同一机床中的程序名不能重复。程序名

8、写在程序的最前面，必须单独占有一行。FANUC系统程序名（图1-22）由大写英文字母O及后为四位数字，数值从O0000到O9999，在书写时其数字前的零可以省略不写，如O0020可写成O20。另外，需要注意的是，O9000以后的程序名，有时在数控系统中有特殊的用途，因此在一些数控系统中是无法输入的，应尽量避免使用。存储在华中系统中的程序，与一般在电脑中的存储方式相同，是以文件名的形式出现（图1-53）。文件名由大写英文字母O加7位以内的数字、字母所组成；文件下有程序名（图1-56），由“”加数字“1”、“2”等组成。SINUMERIK系统程序名一般由16位以内的字符（开始的两个必须是字母。L开

9、头的可以用一个字母），其后的字符可以是字母、数字或下划线所组成（图1-79），如CZQYOAD1、AA123等，数字前的零不能省略。程序内容程序内容是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床的全部动作。在数控铣床与加工中心的程序中，子程序的调用也作为主程序内容的一部分，主程序有时只完成换刀、启动主轴、工件定位等动作，其余加工动作都由子程序来完成。程序结束程序结束通过M指令来实现，它必须写在程序的最后。可以作为程序结束标记的M指令有M02（程序结束）和M30（程序结束并返回到程序开头）。为了保证最后程序段的正常执行，通常要求M02或M30也必须单独占一行

10、。此外，子程序结束有专用的结束标记，FANUC和华中系统用M99来表示子程序结束后返回主程序；而在SINUMERIK系统中则通常用M17或字符“RET”作为子程序的结束标记。2）程序段的组成程序段是程序的基本组成部分，每个程序段由若干个数据字构成，而数据字又由表示地址的英文字母、特殊文字和数字构成。如X30、G90等。一般格式如下：N_G_X_ Y_ Z_F_S_T_M_；或LF程序段号准备功能尺寸字进给功能主轴功能刀具功能辅助功能结束标记例 N50 G01 X30.0 Y30.0 Z30.0 F100 S800 T01 M03；程序段号 程序段号由地址符“N”开头，其后为若干位数字。在大部分

11、系统中，程序段号仅作为“跳转”或“程序检索”的目标位置指示。因此，它的大小及次序可以颠倒，也可以省略。程序段在存储器内以输入的先后顺序排列，而程序的执行是严格按信息在存储器内的先后顺序一段一段地执行，也就是说执行的先后次序与程序段号无关。但是，当程序段号省略时，该程序段将不能作为“跳转”或“程序检索”的目标程序段。程序段号也可以由数控系统自动生成，程序段号的递增量可以通过“机床参数”进行设置，一般可设定增量值为10。程序段内容 程序段的中间部分是程序段的内容，程序内容应具备六个基本要素，即准备功能字、尺寸功能字、进给功能字、主轴功能字、刀具功能字、辅助功能字等，但并不是所有程序段都必须包含所有

12、功能字，有时一个程序段内可仅包含其中一个或几个功能字也是允许的。（4）数控编程的分类数控编程可分为手工编程和自动化编程两种。手工编程手工编程是指所有编制加工程序的全过程，即图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序校验都是由手工来完成。手工编程无需计算机、编程器、编程软件等辅助设备，只需要有合格的编程人员即可完成。手工编程具有编程快速及时的优点，但其缺点是不能进行复杂曲面的编程。手工编程比较适合批量较大、形状简单、计算方便、轮廓由直线或圆弧组成的零件的加工。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线、及曲面的零件，采用手工编程则比较困难，最好采用自动编程的方法进行编程。

13、自动编程自动编程是指用计算机编制数控加工程序的过程。自动编程的优点是效率高，程序正确性好。自动编程由计算机代替人完成复杂的坐标计算和书写程序单的工作，它可以解决许多手工编制无法完成的复杂零件编程难题，但其缺点是必须具备自动编程系统或编程软件。自动编程较适合于形状复杂零件的加工程序编制，如：模具加工、多轴联动加工等场合。实现自动编程的方法主要有语言式自动编程和图形交互式自动编程两种。前者是通过高级语言的形式，表示出全部加工内容，计算机采用批处理方式，一次性处理、输出加工程序。后者是采用人机对话的处理方式，利用CAD/CAM功能生成加工程序。（二）本例所需数控指令或代码1.准备功能准备功能也叫G功

14、能或G指令，是用于数控机床做好某些准备动作的指令。它由地址G和后面的两位数字组成，从G00G99共100种，如G01、G41等。目前，随着数控系统功能的不断提高，有的系统已采用三位数的功能指令，如SINUMERIK系统中的G450、G451等。2.辅助功能辅助功能也叫M功能或M指令。它由地址M和后面的两位数字组成，从M00M99共100种。辅助功能主要控制机床或系统的开、关等辅助动作的功能指令，如开、停冷却泵，主轴正反转，程序的结束等。同样，由于数控系统以及机床生产厂家的不同，其M指令的功能也不尽相同，甚至有些M指令与ISO标准指令的含义也不相同。因此我们在进行数控编程时，一定要按照机床说明书

15、的规定进行。在同一程序段中，既有M指令又有其它指令时，M指令与其它指令执行的先后次序由机床系统参数设定。因此，为保证程序以正确的次序执行，有很多M指令如M30、M02、M98等最好以单独的程序段进行编程。3.其它功能坐标功能坐标功能字（又称尺寸功能字）用来设定机床各坐标的位移量。它一般使用X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、（用于指定直线坐标尺寸）和A、B、C、D、E、（用于指定角度坐标）及I、J、K（用于指定圆心坐标点位置尺寸）等地址为首，在地址符后紧跟“”或“”号及一串数字。如X100.0、Y60、I-10等。对于输入的整数坐标值，如输入X正方向移动五十毫米时，是输入“X50”还是“X50

16、.0”，则由系统中的参数所设定。刀具功能刀具功能是指系统进行选刀或换刀的功能指令，亦称为T机能。刀具功能用地址T及后缀的数字来表示，常用刀具功能指定方法有T4位数法和T2位数法。进给功能用来指定刀具相对于工件运动的速度功能称为进给功能，由地址F和其后缀的数字组成。根据加工的需要，进给功能分为每分钟进给（G94状态）和每转进给（G95状态）两种。主轴功能用来控制主轴转速的功能称为主轴功能，亦称为S功能，由地址S和其后缀数字组成。在程序中，主轴的正转、反转、停转由辅助功能M03/M04/M05进行控制。其中，M03表示主轴正转，M04表示主轴反转，M05表示主轴停转。例 M03 S300；表示主轴

17、正转，转速为300r/min。M05；表示主轴停转。4.模态指令与开机开机默认指令模态指令与非模态指令模态指令（又称为续效指令）表示该指令一经在一个程序段中指定，在接下来的程序段中一直持续有效，直到出现同组的另一个指令时，该指令才失效。如常用的F、S、T指令。非模态指令（或称为非续效指令）表示仅在编入的程序段内有效的指令。如G指令中的G04指令、M指令中的M00、M06等指令。模态指令的出现，避免了在程序中出现大量的重复指令，使程序变得清晰明了。同样地，尺寸功能字如出现前后程序段的重复，则该尺寸功能字也可以省略。如下例程序段中有下划线的指令均可以省略。例 G01 X20.0 Y20.0 F15

18、0；G01 X30.0 Y20.0 F150；G02 X30.0 Y-20.0 R20.0 F100；上例中有有下划线的指令可以省略。因此，以上程序可写成如下形式：G01 X20.0 Y20.0 F150.0；X30.0；G02 Y-20.0 R20.0 F100.0；2.开机默认指令为了避免编程人员出现指令遗漏，数控系统中对每一组的指令，都选取其中的一个作为开机默认指令，该指令在开机或系统复位时可以自动生效，因而在程序中允许不再编写。常见的开机默认指令有G00、G17、G40、G49、G54、G80、G90、G95、G97等。（三）常用G指令（代码）介绍1.工件坐标系设定（G54G59）对已

19、通过夹具安装定位在数控机床工作台上的工件，加工前需要在工件上确定一个坐标原点，以便刀具在切削加工过程中以此点为基准，完成坐标移动的加工指令，我们把以此点所建立的坐标系，称为工件坐标系。对工件上的这一点，其位置实际在对工件进行编程时就已经规定好了，工件装夹到工作台之后，我们通过“对刀”把规定的工件坐标系原点所在的机床坐标值确定下来，然后用G54等设置，在加工时通过G54等指令进行工件坐标系的调用。在FANUC、华中和SINUMERIK系统中一般可设定G54G59六个工件坐标系统。当前很多系统在此六个基本工件坐标系的基础上，增加了一系列扩展工件坐标系。如FANUC系统中的G54.1 P1G54.1

20、 P48。工件坐标系指令一般在刀具移动前的程序段与其它指令同行指定，也可独立指定。指令格式如下：G54/G55/G56/G57/_；调用第一/二/三/四工件系/_。2.绝对坐标与增量（相对）坐标指令（G90、G91）（1）指令说明绝对坐标是根据预先设定的编程原点作为参考点进行编程。即在采用绝对值编程时，首先要指出编程原点的位置。这种编程方法一般不考虑刀具的当前位置，程序中的终点坐标是相对于原点坐标而言的（图4-6）。在编程时，绝大多数采用G90来指定绝对坐标编程。从ABC绝对值编程：G90G0X10Y15（AB）X40Y25（BC）增量值编程：G90G0X5Y10（AB）X30Y10（BC）图

21、4-6 绝对值编程与相对值编程增量（相对）值编程是根据程序的前一个位置的坐标值作为参考点进行编程方法。即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的（图4-6）。（2）指令格式FANUC系统、华中系统及SINUMERIK系统均可用：G90/G91；来指定绝对/增量方式。另外SINUMERIK系统中还可用X=AC（_） Y=AC（_） Z=AC（_）来表示绝对坐标方式，但只在当前的程序段中有效；用X=IC（_） Y=IC（_） Z=IC（_）表示增量坐标方式，同样也只在当前的程序段中有效。3.公制尺寸与英制尺寸输入（1）指令说明大多数数控系统可通过G指令（代码）来完成公制尺寸与英制尺寸的切换。英制尺寸

22、的单位是英寸（inch），公制尺寸的单位是毫米（mm）。FANUC系统与华中系统用G20/G21来指定英制/公制尺寸，SINUMERIK系统用G70/G71来指定英制/公制尺寸。G20（G70）、G21（G71）是两个互相取代的G指令，一般机床出厂时，将毫米输入G21（G71）设定为参数缺省状态。用毫米输入程序时，可不再指定G21（G71）；但用英吋输入程序时，在程序开始时必须指定G20（G70。在坐标系统设定前）。在一个程序中也可以毫米、英吋输入混合使用，在G20（G70）以下、G21（G71）未出现前的各程序段为英吋输入；在G21（G71）以下、G20（G70）未出现前的各程序段为毫米输入

23、。G21（G71）、G20（G70）具有停电后的续效性，为避免出现意外，在使用G20（G70）英制输入后，在程序结束前务必加一个G21（G71）的指令，以恢复机床的缺省状态。（2）指令格式G20/G21或G70/G71；可在指定程序段与其它指令同行，也可独立占用一个程序段。4.坐标平面选择指令（G17、G18、G19）（1）指令说明 右手笛卡儿坐标系的三个互相垂直的轴X、Y、Z，分别构成三个平面（如图4-7所示），即XY平面、ZX平面、YZ平面。对于三坐标的铣床或加工中心，在加工过程中常要指定插补运动（主要是圆弧运动）在哪个平面中进行。所有数控系统均用G17表示在XY平面内加工；G18表示在Z

24、X平面内进行加工；G19表示在YZ平面内进行加工。 图4-7 平面选择 图4-8 G00快速点定位移动轨迹（2）指令格式G17、G18、G19可在任一程序段与其它指令同行指定，也可独立指定。5.快速点定位指令（G00）（1）指令说明G00指令使刀具以点位控制方式从刀具当前点以最快速度（由机床生产厂家在系统中设定）运动到另一点。其运动轨迹是一条折线。例如，在图4-8中从A（10，10，10）运动到D（65，30，45），其运动轨迹从点A点B点C点D，即运动时首先是以立方体（由三轴移动量中最小的量为边长）的对角线三轴联动，然后以正方形（由剩余两轴中移动量最小的量为边长）的对角线二轴联动，最后一轴移

25、动。执行G00指令时不能对工件进行加工。（2）指令格式所有数控系统均用：G00 X_ Y_ Z_参数说明：X、Y、Z表示直角坐标中的终点位置。在执行G00时，为避免刀具与工件或夹具相撞，一般采用三轴不联动的编程方法。即刀具从上往下移动时：刀具从上往下移动时：编程格式：G00 X_ Y_Z_编程格式：G00 Z_X_ Y_即刀具从上往下时，先在XY平面内定位，然后Z轴下降；刀具从下往上时，Z轴先上升，然后再在XY平面内定位。（3）实际应用从起点A（10，10，10）到终点B（65，30，45）的快速定位（图4-8）。程序如下：绝对方式：G90 G00 X65.0 Y30.0 Z45.0增量方式：

26、G91 G00 X55.0 Y20.0 Z35.06.直线插补指令（G01）（1）指令说明直线插补指令（G01）使刀具从当前位置起以直线进给方式，运行至坐标值指定的终点位置。运行速度由进给速度指令F所指定；指定的速度通常是刀具中心的线速度。（2）指令格式所有数控系统均用：G01 X_ Y _ Z _ F_参数说明：X、Y、Z为直角坐标中的终点坐标，F为进给速度。（3）实际应用以直线插补（G01）方式完成如图4-9所示的刀具轨迹（P1P2P3P4）。刀具速度为300mm/min，刀具从起始位置（坐标原点）到P1点可用G0快速定位方式。图4-9 直线插补举例程序如下：绝对值方式：增量方式：G90

27、G94 G0 X20.0 Y20.0G1 X40.0 Y50.0 F300X70.0X50.0 Y20.0 X20.0G90 G94 G0 X20.0 Y20.0G91 G1 X20.0 Y30.0 F300X30.0X-20.Y-30.0X-30.07.刀具长度补偿指令对于装入主轴中的刀具，它们的伸出长度是各不相同（图4-10），在加工过程中为每把刀具设定一个工件坐标系也是可以的（如FANUC系统可以设置54个工件坐标系），但通过刀具的长度补偿指令在操作上更加方便。刀具长度补偿指令是用来补偿假定的刀具长度与实际的刀具长度之间差值的指令。系统规定所有轴都可采用刀具长度补偿，但对于立式数控铣削机

28、床来说，一般用于刀具轴向（Z方向）的补偿，补偿量通过一定的方式得到后设置在刀具偏置存储器中（图1-29、图1-62、图1-87）。（1）刀具长度补偿指令格式编程格式： Z_ H_G49 Z_以上长度补偿指令适用于FANUC、华中系统；H用于指令偏置存储器的偏置号（图1-29、图1-62）。图4-10 刀具长度补偿的应用G43指令表示刀具长度沿正方向补偿，G44指令表示刀具长度沿负方向补偿，但刀具的实际移动方向必须与所设置偏置量的“”、“”作相应的运算后才能确定（图4-11）；G49指令表示取消刀具长度补偿。图4-11 G43、G44与设置偏置量的运算结果SINUMERIK系统中，刀具长度补偿用

29、D代码调用。如D1，即调用某刀具1号补偿中的长度补偿值。对SINUMERIK系统而言，每把刀都对应从D0D9共十个刀具补偿号，D0为取消刀具长度补偿，T1下的D1与T2下的D1（即这两个D1）是完全不同的量。（2）指令说明G43、G44为模态指令，可以在程序中保持连续有效。G43、G44的撤消可以使用G49指令进行。在实际编程中，为避免产生混淆，通常采用G43而非G44的指令格式进行刀具长度补偿的编程。8.圆弧插补指令（G02/G03）（1）指令格式FANUC和华中系统为：在XY平面上的圆弧（G17可省略）在ZX平面上的圆弧在YZ平面上的圆弧图4-12 平面指定指令与圆弧插补指令的关系SINU

30、MERIK系统中圆弧的格式与FANUC相似，只是要把“R”改为“CR”即可。（2）参数说明G02表示顺时针圆弧插补；G03表示逆时针圆弧插补。X_ Y_ Z_为圆弧的终点坐标值，其值可以是绝对坐标，也可以是增量坐标。在增量方式下，其值为圆弧终点坐标相对于圆弧起点的增量值。R_为圆弧半径。在SINUMERIK系统中，圆弧半径用符号“CR=”表示。I_ J_ K_为圆弧的圆心相对其起点分别在X、Y和Z坐标轴上的矢量值。（3）指令说明如图4-12所示，圆弧插补的顺、逆方向的判断方法是：沿圆弧所在平面（如XY平面）的另一根轴（Z轴）的正方向向负方向看，顺时针方向为顺时针圆弧，逆时针方向为逆时针圆弧。在

31、判断I、J、K值时，一定要注意该值为矢量值。如图413所示圆弧在编程时的I、J值均为负值。图413 圆弧编程中的I、J值 图414 R及I、J、K编程举例例 图414所示圆弧轨迹AB，用圆弧指令编写的程序段如下所示：FANUC与华中系统为：AB1：G03 X2.679 Y20.0 R20.0；用半径指令G03 X2.68 Y20.0 I-17.32 J-10.0；用圆心指令AB2：G02 X2.68 Y20.0 R20.0；用半径指令G02 X2.68 Y20.0 I-17.32 J-10.0；用圆心指令SINUMERIK系统为：AB1：G03 X2.679 Y20.0 CR=20.0；用半径

32、指令G03 X2.68 Y20.0 I-17.32 J-10.0；用圆心指令AB2：G02 X2.68 Y20.0 CR=20.0；用半径指令G02 X2.68 Y20.0 I-17.32 J-10.0；用圆心指令圆弧半径R有正值与负值之分。当圆弧所对应的圆心角小于或等于180°（如图4-15中圆弧AB1）时，程序中的R用正值表示；当圆弧所对应的圆心角大于180°并小于360°（如图4-15中圆弧AB2）时，R用负值表示。需要注意的是，该指令格式不能用于整圆插补的编程，整圆插补需用I、J、K方式编程。图4-15 R值的正负判别 图4-16 整圆加工实例例1 如图4

33、-15中圆弧轨迹AB，用R指令格式编写的程序段如下：FANUC与华中系统为：SINUMERIK系统为：AB1：G90 G02 X55.0 Y30.0 R20.0 F100；G90 G02 X55.0 Y30.0 CR=20.0 F100；AB2：G90 G02 X55.0 Y30.0 R-20.0 F100；G90 G02 X55.0 Y30.0 CR=-20.0 F100；例2 如图4-16中以C点为起点和终点的整圆加工程序段如下：G03 X20.0 Y0 I-20.0 J0；或简写成：G03 I-20.0；（4）圆弧切削速度修调问题图4-17 切削点的进给速度与刀具中心点的速度关系在加工圆

34、弧轮廓时，切削点的实际进给速度F切削并不等于编程设定的刀具中心点进给速度F编程。由图4-17可知，在直线轮廓切削时，F切削F编程；在凹圆弧轮廓切削时，F编程；在凸圆弧轮廓切削时，F编程。在凹圆弧轮廓切削时，如果R轮廓与R刀具很接近，则将变得非常大，有可能损伤刀具或工件。因此要考虑圆弧半径对进给速度的影响，在编程时对切削圆弧处的进给速度作必要的修调，具体按下面的计算式进行。切削凹圆弧时的编程速度：切削凸圆弧时的编程速度：（通常情况下可不作修调）三、程序编写1.刀具轨迹 图4-18 外轮廓刀具轨迹 图4-19 内轮廓刀具轨迹在加工外轮廓时（图4-18），刀具轨迹如图中双点划线所示。在不采用半径补偿

35、编程时，程序中所编程的坐标点的位置（即实际刀具中心点的位置）应在零件外轮廓基础上等距偏置一个刀具半径；在凸圆角处，其转角圆弧半径也变为在原来圆弧半径的基础上加上刀具半径。在加工内轮廓时（图4-19），刀具轨迹如图中双点划线所示。编程轮廓为在原零件轮廓的基础上等距偏置一个刀具半径；在凹圆角处，其转角圆弧半径也变为在原来圆弧半径的基础上减去刀具半径。2.参考程序FANUC、华中系统SINUMERIK系统说明O1001%1（华中系统）LKJG001G90 G80 G40 G21 G17 G94G90 G40 G71 G17 G94程序初始化G91 G28 Z0.0Z0 D0Z方向回零M06 T01M

36、06 T01换取1号刀，16mm立铣刀G90 G54G90 G54绝对编程方式，调用G54工件坐标系G00 X-70.0 Y38.0G00 X-70.0 Y38.0刀具快速进给至起刀点G43 Z20.0 H01G00 Z20.0 D01执行1号刀长度补偿使刀具快速进给到Z20.0处M03 S600M03 S600主轴正转，转速600r/min.M08M08冷却液打开G01 Z-5.0 F50G01 Z-5.0 F50Z方向直线进给，速度50mm/minG01 X-42.0 F100G01 X-42.0 F100XY平面外轮廓进给开始，进给速度100mm/minX42.0X42.0G02 X58

37、.0 Y22.0 R16.0G02 X58.0 Y22.0 CR=16.0G01 Y-22.0G01 Y-22.0G02 X42.0 Y-38.0 R16.0G02 X42.0 Y-38.0 CR=16.0G01 X-42.0G01 X-42.0G02 X-58.0 Y-22.0 R16.0G02 X-58.0 Y-22.0 CR=16.0G01 Y22.0G01 Y22.0G02 X-42.0 Y38.0 R16.0G02 X-42.0 Y38.0 CR=16.0XY平面外轮廓进给结束G00 Z150.0G00 Z150.0快速抬刀M05M05主轴停转M09M09冷却液关G91G28 Z0.

38、0Z0 D0Z方向回零M06 T02M06 T02换2号刀，10mm键铣刀G90 G00 X0.0 Y0.0G90 G00 X0.0 Y0.0刀具快速进给至起刀点G43 H02 Z10.0G0 D01 Z10.0执行2号刀长度补偿使刀具快速进给到Z10.0处M03 S800M03 S800主轴正转，转速600r/min.M08M08冷却液打开G01 Z-3.0 F20.0G01 Z-3.0 F20.0Z方向直线进给，速度20mm/minX-14.0 Y1.0 F30.0X-14.0 Y1.0 F30.0XY平面内轮廓进给开始，进给速度30mm/minG03 Y-1.0 R2.0G03 Y-1.

39、0 CR=2.0G01 X14.0G01 X14.0G03 Y1.0 R2.0G03 Y1.0 CR=2.0G01 X-14.0G01 X-14.0X0.0 Y0.0X0.0 Y0.0XY平面内轮廓进给结束G00 Z150.0G00 Z150.0快速抬刀M05M05主轴停转M09M09冷却液关M30M30程序结束对于稍微复杂一点的轮廓形状，如果仍然不使用刀具半径补偿功能进行编程，其编程难度就会相当大。模块二 带半径补偿的外轮廓加工一、编程实例编写如图4-20所示零件的外轮廓加工程序。已知毛坯尺寸120×80×20。二、相关知识点（一）工艺部分1.刀具及切削用量选用本例外轮廓

40、选用16mm立铣刀，转速600r/min，进给速度100mm/min，吃刀深度5mm。 图4-20 带半径补偿的外轮廓加工 图4-21 基点坐标2.基点坐标在图中除A、B、C、I、J、M（如图4-21所示）各点外，其它各点必须通过计算或利用CAD软件的标注、捕捉功能得到，具体参见图4-21。（二）刀具半径补偿指令（G40、G41、G42）1.刀具半径补偿定义图4-22 刀具半径补偿功能a） b）图4-23 刀具半径补偿偏置方向的判别a）G41刀具半径左补偿 b）G42刀具半径右补偿在编制轮廓切削加工程序的场合，一般以工件的轮廓尺寸作为刀具轨迹进行编程，而实际的刀具运动轨迹则与工件轮廓有一偏移量

41、（即刀具半径），如图4-22所示。数控系统的这种编程功能称为刀具半径补偿功能。通过运用刀具补偿功能来编程，可以实现简化编程的目的。可以利用同一加工程序，只需对刀具半径补偿量作相应的设置就可以进行零件的粗加工、半精加工及精加工。2.刀具半径补偿指令（适用于FANUC、华中、SINUMERIK）（1）指令格式G41 G01 X_ Y_ D_ F_； （刀具半径左补偿）G42 G01 X_ Y_ D_ F_； （刀具半径右补偿）D_用于存放刀具半径补偿值的存储位置。对SINUMERIK系统，在引入长度补偿时会预调入刀具半径补偿量，执行G41或G42后会激活，所以这儿的“D_”可以不写。（2）指令说明

42、G41与G42的判断方法是：处在补偿平面外另一根轴的正方向，沿刀具的移动方向看，当刀具处在切削轮廓左侧时，称为刀具半径左补偿；当刀具处在切削轮廓的右侧时，称为刀具半径右补偿。如图4-23所示。地址D所对应的在偏置存储器中存入的偏置值通常指刀具半径值。和刀具长度补偿一样，刀具刀号与刀具偏置存储器号可以相同，也可以不同，一般情况下，为防止出错，最好采用相同的刀具号与刀具偏置号。G41、G42为模态指令，可以在程序中保持连续有效。G41、G42的撤消可以使用G40进行。（3）刀具半径补偿过程图4-24 刀具半径补偿过程刀具半径补偿的过程如图4-24所示，共分三步，即刀补的建立、刀补的进行和刀补的取消

43、。刀补建立 刀补的建立指刀具从起点接近工件时，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。该过程的实现必须有G00或G01功能才有效。刀补进行 在G41或G42程序段后，程序进入补偿模式，此时刀具中心与编程轨迹始终相距一个偏置量，直到刀补取消。在补偿模式下，数控系统要预读两段程序，找出当前程序段刀位点轨迹与下程序段刀位点轨迹的交点，以确保机床把下一个工件轮廓向外补偿一个偏置量。刀补取消 刀具离开工件，刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程称为刀补取消。刀补的取消用G40或D00来执行，要特别注意的是，G40必须与G41或G42成对使用。3.刀具半径补偿注意事项a） b）图4-

44、25 内、外轮廓刀具半径补偿时的切入、切出（图中都为顺铣）a）平滑轮廓时的过渡段 b）有交角轮廓时的过渡段在刀具半径补偿过程中要注意以下几个方面的问题：（1）半径补偿模式的建立与取消程序段只能在G00或G01移动指令模式下才有效。（2）为保证刀补建立与刀补取消时刀具与工件的安全，通常采用G01运动方式来建立或取消刀补。如果采用G00运动方式来建立或取消刀补，则要采取先建立刀补再下刀和先退刀再取消刀补的编程加工方法。（3）为了保证切削轮廓的完整性、平滑性，特别在采用子程序分层切削时，注意不要造成欠切或过切的现象。内、外轮廓的走刀方式见图4-25。具体为：用G41或G42指令进行刀具半径补偿走过渡

45、段轮廓切削走过渡段用G40指令取消刀具半径补偿。（4）切入点应选择那些在XY平面内最左（或右）、最上（或下）的点（如圆弧的象限点等）或相交的点。（5）在刀具补偿模式下，一般不允许存在连续两段以上的非补偿平面内移动指令，否则刀具也会出现过切等危险动作。非补偿平面移动指令通常指：只有G、M、S、F、T代码的程序段（如G90；M05等）；程序暂停程序段（如G04 X10.0；等）；G17（G18、G19）平面内的Z（Y、X）轴移动指令等。4.刀具半径补偿的应用例1 采用同一段程序，对零件进行粗、精加工。如图4-26a所示，编程时按实际轮廓ABCD编程，在粗加工中时，将偏置量设为R+，其中R为刀具的半

46、径，为精加工余量，这样在粗加工完成后，形成的工件轮廓的加工尺寸要比实际轮廓ABCD每边都大。在精加工时，将偏置量设为R，这样，零件加工完成后，即得到实际加工轮廓ABCD。同理，当工件加工后，如果测量尺寸比图纸要求尺寸大时，也可用同样的办法进行修整解决。例2 采用同一程序段，加工同一公称直径的凹、凸型面。如图4-26b所示，对于同一公称尺寸的凹、凸型面，内、外轮廓编写成同一程序，在加工外轮廓时，将偏置值设为D，刀具中心将沿轮廓的外侧切削；当加工内轮廓时，可改变刀具补偿起点和刀补方向。这时刀具中心将沿轮廓的内侧切削。这种编程与加工方法，在配合件加工中运用较多。在应用这一技巧时，要注意刀具半径值的变

47、化及刀具半径补偿的方向。 a） b）图4-26 刀具半径补偿的应用三、参考程序粗加工时D018.3，精加工时D017.981.FANUC、华中系统参考程序2.SINUMERIK系统参考程序O0001%1（华中系统）JGCZ001G90 G80 G40 G21 G17 G94G91 G28 Z0.0M06 T01G90 G54G00 X35.0Y-50.0G43 Z20.0 H01M03 S600M08G01 Z-5.0 F50G41 G01 X45.0 Y-45.0 D01 F100G03 X35.0 Y-35.0 R10.0X-35.0G02 X-45.0 Y-25.0 R10.0G01 Y

48、-22.361G02 X-43.333 Y-18.634 R5.0G03 Y18.634 R25.0G02 X-45.0 Y22.361 R5.0G01 Y25.0G02 X-35.0 Y35.0 R10.0G01 X0.0X40.0 Y11.906G02 X45.0 Y3.246R10.0G01 Y-25.0G02 X35.0 Y-35.0 R10.0G03 X25.0 Y-45.0 R10.0G40 G01 X35.0Y-50.0G00 G49 Z0M05M09M30G90 G40 G71 G17 G94Z0 D0M06 T01G90 G54G00 X35.0Y-50.0Z20.0 D01

49、M03 S600M08G01 Z-5.0 F50G41 G01 X45.0 Y-45.0 F100G03 X35.0 Y-35.0 CR=10.0X-35.0G02 X-45.0 Y-25.0 CR=10.0G01 Y-22.361G02 X-43.333 Y-18.634 CR=5.0G03 Y18.634 CR=25.0G02 X-45.0 Y22.361 CR=5.0G01 Y25.0G02 X-35.0 Y35.0 CR=10.0G01 X0.0X40.0 Y11.906G02 X45.0 Y3.246CR=10.0G01 Y-25.0G02 X35.0 Y-35.0 CR=10.0G

50、03 X25.0 Y-45.0 CR=10.0G40 G01 X35.0Y-50.0G00 Z0 D0M05M09M30课题二 型腔铣削加工模块一 带半径补偿的型腔加工一、编程实例编写如图4-27所示零件的加工程序，已知毛坯尺寸120×100×20。图4-27 带半径补偿的型腔加工二、相关知识（一）工艺分析1.精度分析图中矩形槽的尺寸40 +0.03 0、60 +0.03 0，圆周槽的尺寸为8 +0.03 0，这三处尺寸精度可通过修改刀具半径补偿值的方法来保证。2.刀具及切削用量选用在轮廓加工中，为更多的去除余量，一般情况下刀具半径应尽可能选大一些，但需注意，刀具半径要小于

51、轮廓中内凹圆弧的半径，否则将会发生过切。本例中60×40型腔选选用14mm键铣刀，圆周槽选用6mm键铣刀。由于型腔深度只有5mm，故不再另行预钻孔。刀具及切削用量如表4-2所示。表42 刀具与切削用量参数 参数刀号型号刀具材料刀具补偿号刀具转速进给速度114mm键铣刀高速钢0160010026mm键铣刀高速钢021200503.圆周槽的基点尺寸图4-28 基点坐标在图中各点必须通过计算或利用CAD软件的标注、捕捉功能得到，具体参见图4-28。（二）数控指令在FANUC与华中系统中，内外轮廓的数控指令基本相同；而在SINUMERIK系统中，除了可以用这些基本指令完成内轮廓加工程序的编制

52、外，系统还提供了一系列铣槽固定循环，来完成特定形状的槽加工。在图1-80中按铣削就可以进入固定循环的设定窗口，根据系统提示进行相应的设置，最后生成循环程序。三、参考程序1.FANUC、华中系统参考程序2.SINUMERIK系统参考程序O0002%1（华中系统）JGCZ002G90 G80 G40 G21 G17 G94G91 G28 Z0.0M06 T01G90 G54G00 X0.0Y0.0G43 Z20.0 H01M03 S600M08G01 Z-5.0 F30G41 G01 X10.0Y10.0 D01 F100G03 X0.0 Y20.0 R10.0G01 X-22.0G03 X-30

53、.0 Y12.0 R8.0G01 Y-12.0G03 X-22.0 Y-20.0 R8.0G01 X22.0G03 X30.0 Y-12.0 R8.0G01 Y12.0G03 X22.0 Y20.0 R8.0G01 X0.0G03 X-10.0 Y10.0 R10.0G40 G01 X0.0Y0.0G00 G49 Z0.0M05M09M06 T02G00 X0.0 Y35.0G43 Z20.0 H02M03 S1200M08G01 Z-5.0 F20G41 G01 X3.5Y35.5 D02 F50G03 X0.0 Y39.0 R3.5X-19. 5Y33.775 R39.0X-15.5 Y26.847 R4.0G02 X15.5 R31.0G03 X19. 5 Y33.775 R4.0X0.0 Y39.0 R39.0X-3.5 Y35.5 R3.5G40 G01 X0.0Y35.0G00 Z5.0X0.0 Y-35.0G01 Z-5.0 F20G41 G01 X-3.5Y-35.5 D02 F50G03 X0.0 Y-39.0 R3